中国加速布局核聚变：有望率先实现商用聚变发电

在我国合肥的中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP），一座全超导非圆截面托卡马克核聚变装置（EAST）正在紧张地进行实验。EAST，中文名为“东方超环”，是我国科研人员正在驯服的一种自然伟力。

在新年的钟声临近之际，城市里的其他人都在为庆祝龙年做准备，而在研究所里，研究人员却依然在辛勤地工作。控制室的天花板上挂满了红色的霓虹灯星星，等离子体物理学家龚先祖正在驯服另一种自然伟力。他的“龙”是一台聚变研究反应堆：全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。

托卡马克装置是一种环状装置，产生的正是驱动恒星相同的核反应。它们利用磁场来约束加热的等离子体环——一种包含离子和电子的流体状物质状态，其温度比太阳核心还要高。其目的是使原子核发生聚变，释放能量。

龚先祖和他的同事每天都要进行大约100次等离子体的点火实验，以驯服这种不稳定的等离子体。他们没有周末，也没有假期。

EAST只是我国迈向预期聚变发电厂的一小步，但它却是我国进入全球核聚变竞赛圈的重要设施之一。我国正在快速地向聚变领域投入资源，预计我国将在2030年代建造中国聚变工程试验堆（CFETR），目标是产生高达1吉瓦的聚变能量。如果我国的计划顺利进行，根据2022年的一个路线图，一个试行聚变发电厂可能会在接下来的几十年中出现。

中国正采取一种战略性方法投资和发展其聚变能源项目，着眼于在全球范围保持长期领先。伦敦帝国理工学院的等离子体物理学家Yasmin Andrew说：“中国正采取一种战略性方法投资和发展其聚变能源项目，着眼于在全球范围保持长期领先。”

自1950年代以来，科学家们一直试图使聚变反应堆正常工作。其基本思路是将两个氢原子核——它们带正电荷，因此会相互排斥——融合成一个较大的氦原子核。在太阳中，引力可以产生足够的压力来实现这一点；在地球上，则需要高温和强磁场。然而，到目前为止，研究人员还未能使聚变反应持续足够长的时间，使之产生的能量超过引发它所用掉的能量。

2022年底，美国加利福尼亚州利弗莫尔的国家点火装置（NIF）的研究人员宣布了一项突破性进展，他们在短时间内回收了超过投入目标的聚变能量。NIF采用了一种与托卡马克装置不同的设计，使用192束激光束瞄准一个微小的氘和氚同位素燃料球，从而引发聚变。然而，操作激光器所需的能量远远超过了输入给目标的能量。

许多研究人员认为，最实际的聚变能源方法将是使用托卡马克装置来约束一个持久的“燃烧等离子体”，其中聚变反应提供维持它所需的热量。ITER的一个目标——被认为是可行聚变发电厂的普遍前提——是创造一个可以产生十倍于投入能量的燃烧等离子体。

对于中国来说，这是一个特别诱人的前景，在2020年至2022年间，一些地区由于寒冷的天气导致能源短缺。如果科学家们能够做到这一点，核聚变将为传统的核裂变发电厂提供一种更安全、更清洁的替代方案。裂变是分裂重的铀核，产生的放射性废料可能会在几千年里都有危险性。而聚变反应堆产生的废料寿命比较短。